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I JORNADAS DE INGENIERÍA DEL AGUA

PROYECTO DE FILTRO VEGETATIVO PARA LA REDUCCIÓN DEL APORTE DE SEDIMENTO POR

ESCORRENTíA SUPERFICIAL EN EL EMBALSE DE “EL PARDO” (MADRID)

TEMA B: HIDROLOGÍA Y GESTIÓN DEL AGUA

Autores: Leonor Rodríguez Sinobas1; Rafael Muñoz Carpena2 y Eduardo Hernández Díaz1.Titulación: Ingenieros AgrónomosEmpresa: (1) Grupo de Investigación de la UPM

“Hidráulica del Riego”(2) Agricultural and Biological Eng.Dpt.

(Univ. de Florida)

PROYECTO DE FILTRO VEGETATIVO PARA LA REDUCCIÓN DEL APORTE DE SEDIMENTO POR ESCORRENTÍA SUPERFICIAL EN EL EMBALSE DE “EL PARDO” (MADRID)



INTRODUCCIÓN

Que son los filtros vegetativos (VFS)?

�Áreas de vegetación que reducen el transporte de sedimentospor escorrentía al aumentar la resistencia superficial, la deposición de sedimento y la infiltración del agua.

� Compuestos por césped formado por variedades vegetales con determinadas propiedades. Puede estar también formados porvegetación natural pero no son tan efectivos.

� Organismos como EPA (US agencia de protección ambiental), USDA (US departamento de agricultura) y NRCS (servicio de conservación de recursos naturales americano los recomiendan.




INTRODUCCIÓN

VFS: Como funcionan?

VFS

Infiltración

Precipit.

Escorre. entrada

Escorr.

Escorr.salida

Deposición

AumentaAumenta la la resistenciaresistencia al al flujoflujosuperficial y a la superficial y a la infiltraciinfiltracióónn

Reduce la Reduce la infiltraciinfiltracióónn y y ralentizaralentiza el el flujoflujo superficial (y superficial (y contaminantescontaminantes

disueltosdisueltos))

DisminuyeDisminuye el el transportetransporte de de sedimentossedimentos

DeposiciDeposicióónn de de sedimentossedimentos (y (y contaminantescontaminantes adsorbidosadsorbidos) en el ) en el filtrofiltro




INTRODUCCIÓN

Por qué utilizar VFS en los embalses?� Aterramiento (podría ser un problema si no se realizan las practicas de vaciado, dragado etc. con periodicidad). Pérdidamedia anual más frecuente 0.17 % y la máxima 4.43 %.

habitantes/ km2

� Problema medioambiental (eutrofización de las aguas)

Población de Madrid y alrededores: 5 millones de personas.

Area: 8028 km2.

14 embalses (algunos para generación de energía eléctrica).





EL PARDO: 45 hm3

Longitud: 6 kmAnchura: 400-1000 m

río Manzanares



OBJETIVOS

� Estudiar el potencial de los filtros vegetativos para controlar la acumulación de sedimentos en el embalse “El Pardo” (Madrid).

�Proponer un proyecto óptimo de filtro vegetativo.

�Estimar la escorrentía y la cantidad de sedimento entrante en el embalse en el proyecto de filtro óptimo.




METODOLOGÍA

�Modelo numérico que resuelve numéricamente las ecs.de flujo superficial (onda cinemática) acopladas a la de infiltración (Green-Ampt), y a la de transporte y retención de sedimento (ecuación de Einstein para rodadura del sedimento grueso y para partículas en suspensión una función estocástica específica para filtros vegetativos).


Modelo de fajas de filtros vegetativos VFSMOD

(http://carpena.ifas.ufl.edu/vfsmod/)

� Hidrograma de escorrentía de entrada con la ecuación universal de erosión del suelo modificada (MUSLE) e hidrograma unitario del NCRS calculado a partir de precipitaciones máximas diarias.




Las condiciones del filtro cambian en el tiempo



METODOLOGÍA


Cual sería el proyecto óptimo de filtro vegetativo (VFS) para

utilizarse como prácticas de buen manejo (BMP) en un área

determinada para cumplir con unos límites marcados por la normativa (por ejemplo. La carga total de sedimento admisible

TMDL)?Criterios proyecto: sediment delivery ratio (SDR) y runoff delivery ratio (RDR)

�SDR = Carga de sedimentos a la salida del filtro / Carga de sedimentos a la entrada del filtro

�RDR = Escorrentía a la salida del filtro/ Escorrentía a la entrada del filtro

Criterio de proyecto TMDL≤≤≤≤ 1-SDR



METODOLOGÍA


Factores que afectan la eficacia del filtro vegetativo

• Características del sedimento.• Escorrentía de entrada e intensidad de la tormenta

� Mayor escorrentia e intensidad de la tormenta mayor transporte de sedimentos.

• Características de la vegetación� Densidad, altura; coeficiente de aspereza de Manning.

• Textura del suelo y tipo de VFS� Efecto en la infiltración y en la escorrentía.

• Dimensión del filtro� Longitud y anchura.

• Pendiente del VFS y de la zona fuente� A mayor pendiente mayor velocidad de transporte de partículas pero

menor infiltración.



Caracterización del área fuente


0

13478.2

26956.3

40434.5

53912.6

67390.8

160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

Time (min)

Márgen derecha

0

9528.02

19056

28584.1

38112.1

47640.1

150 200 250 300 350 400

Time (min)

Márgen izquierda

Estación climática: Hoyo del Manzanares.

25 años (1962-1986). Duración tormenta de 6 h.

Periodos de retorno, T= 2, 5 y 10 años.

Precipitación (mm)

T= 2 42.5

T= 5 51.6

T= 10 56.6





PendientesPendientes y longitudes y longitudes alrededoralrededor del del perperíímetrometrodel del embalseembalse

carretera

embalse

carretera





PendientesPendientes y longitudes y longitudes alrededoralrededor del del perperíímetrometro del del embalseembalse

Slope longitudinal profile

S0l = 1E-08L2 - 6E-05L + 0.1183R2 = 0.5492

S0r = 2E-09L2 - 2E-05L + 0.1288R2 = 0.0445

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

Length upward the dam L (m)

So

Sol Sor

Longitud aguas arriba del embalse L (m)

Distribución longitudinal de la pendiente


Left margin

0

5

10

15

20

25

30

0.00

30.

021

0.03

80.

055

0.07

30.

090

0.10

70.

124

Mor

e

S ol

Fre

quen

cyRight margin

0

5

10

15

20

25

30

0.02

3

0.05

7

0.09

2

0.12

7

0.16

1

0.19

6

0.23

1

0.26

5

Mor

e

S or

Fre

quency

0

5

10

15

20

25

60

98.7

5

137.

517

6.25 21

525

3.75

292.

533

1.25

Mor

e

L l

Fre

quen

cy

0

5

10

15

20

25

30

4088

.75

137.

518

6.25 23

528

3.75

332.

538

1.25

Mor

e

L r

Fre

quen

cy

0

5

10

15

20

25

30

78

2200

4321

6442

8564

1068

512

806

1492

7

Mor

e

LS l

Fre

quen

cy

0

5

10

15

20

25

30

35

403

3141

6279

9418

1255

615

694

1883

321

971

Mor

e

LS r

Fre

quen

cy

Margen izquier.

Sol = 0.03

Ll = 195 m

Margen derecha

Sor = 0.12

Ll = 161 m

Margen derechaMargen izquierda


METODOLOGMETODOLOGÍÍAA

CaracterCaracteríísticassticas del del suelosuelo y y vegetacivegetacióónn de la de la zonazona fuentefuente

Textura: Arenoso franco arcillosa

Ks= 8 10-6 - 8*10-7 m/s; Materia orgánica= 0.5 %.

Contenido de humedad a saturación = 0.40 m3/m3

Coef. aspereza de Manning (suelo desnudo): 0.01s/m1/3

Cubierta vegetal escasa. Suelo desnudo con areas de pastos herbaceos con mezcla de festucas y gramíneas, malas hierbas y escasa vegetación arbustiva.



Caracterización del filtro vegetativo


� Vegetación: mezcla de festuca y gramma azul

� Longitud (m): 51.28 en la margen izquierda) y 62.11 en la margen derecha

� Separación de la vegetación (cm): 2.2� Altura máxima de la vegetación (cm): 20� Coef. de Manning modificado: 0.012 s/cm1/3



RESULTADOS


Margen derecha del embalse

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Longitud (m)

Sed

imen

t D

eliv

ery R

atio (SD

R)

T=10

T= 5 T= 2

S0r = 0.12

Eficiencia de retención: 1-SDR

24.5813.6112.72Sedimento saliente (t/ha)

79.3169.7538.36Sedimento entrante (t/ha)

695022Lf (m)

1052T (años)


RESULTADOSRESULTADOS

3.412.831.42Sedimento saliente (t/ha)

11.578.995.00Sedimento entrante (t/ha)

1.60.90.5Lf (m)

1052T (años)

Design vegetative filter for the left margin of El Pardo dam

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Length (m)

SDR

EFFICIENCIA DE RETENCIÓN : 1-SDR

S0r= 0.03

T= 2 yr

T= 5 yr

T= 10 yr

MARGEN IZQUIERDA DEL EMBASE “EL PARDO”

Longitud (m)



CONCLUSIONES


� Las fajas de filtros vegetativos pueden ser eficaces en el control de sedimentos en los embalses por lo que su uso podría ser alternativo o complementario a otras prácticas de actuación para recuperar la capacidad del embalse. Asimismo, se enriquece la estética natural del entorno.

� La longitud de filtro óptimo estimado para el embalse “El Pardo”, parareducir la carga de sedimentos al 75%, estaría entre 22 y 69 m en la margen derecha y sería menor de 2 m para la izquierda. Estos valoresdependerán del periodo de retorno elegido para la tormenta evaluada.



CONCLUSIONES


� No se recomienda una reducción del 75% en la carga de sedimentos

en el proyecto de filtro de la margen derecha, con S0= 0.12, dada la

gran cantidad de sedimentos depositada lo que dificultaría el

mantenimiento del filtro. En este caso, convendría seleccionar un

valor más pequeño.

� Los filtros vegetativos requieren de un adecuado mantenimiento

para preservar su eficacia. Se debe de mantener una cubierta

vegetativa densa y erguida, especialmente durante la estación de

lluvias. Necesitan labores de corte frecuentes .


Leonor Rodríguez SinobasProfesor Ingeniería Hidráulica

Grupo de Investigación de la UPM “Hidráulica del Riego”

E-mail: [email protected]

[email protected]: 913365675

www.upm.es/investigadores/observatorioI+D+i/gruposdeinvestigación

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